太陽能電池片生產(chǎn)流程解析

1、太陽能電池片生產(chǎn)流程解析一、概念太陽能電池： 就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。二、工藝流程太陽能電池工藝流程：清洗制絨擴散刻蝕去PSG PECVD絲網(wǎng)印刷燒結(jié)測試分檔分選包裝（一）、制絨和清洗 硅片表面處理的目的：去除硅片表面的機械損傷層，清除表面油污和金屬雜質(zhì)，形成起伏不平的絨面，增加硅片對太陽光的吸收效率。絨面腐蝕原理：利用低濃度堿溶液對晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體密布的表面形貌，就稱為表面織構(gòu)化。角錐體四面全是由111面包圍形成，反應(yīng)式為： Si+2NaOH+H2O NaSiO3 +2H2 制備絨面的目的： 減少光的反射率，提高短

2、路電流（Isc），最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 陷光原理：當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率。 影響絨面質(zhì)量的關(guān)鍵因素：1.NaOH濃度 2.異丙醇濃度 3.制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計量 4. 制絨腐蝕的溫度 5.制絨腐蝕時間的長短 6.槽體密封程度7.異丙醇的揮發(fā)程度 化學(xué)清洗原理 HF去除硅片表面氧化層： SiO2 + 6HF H 2 SiF6 + 2H 2 O HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與 Pt2+、Au3+、 Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金屬離子 形成可溶于水的絡(luò)合物。 注意事項 NaOH、

3、HCl、HF都是強腐蝕性的化學(xué)藥品，其固體顆粒、溶液、蒸汽會傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道，所以操作人員要按照規(guī)定穿戴防護服、防護面具、防護眼鏡、長袖膠皮手套。一旦有化學(xué)試劑傷害了員工的身體，馬上用純水沖洗30分鐘，送醫(yī)院就醫(yī)。 （二）、擴散 太陽電池制造的核心工序PN結(jié)（太陽電池的心臟） 擴散的目的：形成PN結(jié) 太陽能電池磷擴散方法 1.三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散2.噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U散3.絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U散，現(xiàn)大多采用的是第一種方法。 POCl3磷擴散原理 POCl3在高溫下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下： 5 POCl33 PC

4、l5+ P2O5 （600） 生成的P2O5在擴散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下： 2 P2O5+ 5Si = 5SiO2+ 4P POCl3磷擴散原理 在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反應(yīng)式為： 4 POCl3+ 5O2 2 P2O5 + 6Cl2 POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中進行擴散。 POCl3磷擴散原理 由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表

5、面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會進一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下： 4 PCl5+ 5 O22 P2O5+ 10 Cl2 過量O2生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子， 由此可見，在磷擴散時，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮氣的同時通入一定流量的氧氣。 影響擴散的因素：管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度、擴散溫度、擴散時間。 擴散層薄層電阻（又稱方塊電阻）及其測量 在太陽電池擴散工藝中，擴散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴散層質(zhì)量是否符合設(shè)計要求的重要工藝指標(biāo)之一。方塊電阻也是標(biāo)志進入半導(dǎo)體中的雜質(zhì)總量的一個重要參數(shù)

6、。 （三）、刻蝕 1.原理：用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體（四氟化碳+氧氣）激活成活性離子、原子、自由基，這些活性離子擴散到所需要刻蝕部位與那里的材料反應(yīng)形成揮發(fā)性物質(zhì)被除去。 特點：快速除去PN結(jié)的同時又能獲得良好物理形貌2設(shè)備：刻蝕機6臺（4臺能用），每臺可處理2批硅片，一次用時23.6MIN,分別為:預(yù)抽100S+主抽50S+送氣150S+輝光910S+清洗180S+充氣30S3刻蝕前準(zhǔn)備工作:1C厚取四氟乙烯板、硬鋁夾片五個，整齊平正，無異物、碎片，夾緊，每班次交接班時要做兩次飽和用以來預(yù)熱設(shè)備，用時兩個工藝時間。4檢測方法：A.冷熱探針儀N型面（負面）偏負P型面（正面）偏正冷探針連接

7、電壓表正電極，熱探針連接電壓表負電極。B.萬用電表用以來測邊緣電阻需大于20千歐C.四探針方塊電阻測試儀刻蝕中容易產(chǎn)生的問題及檢測方法: 1.刻蝕不足：邊緣漏電，并聯(lián)電阻(Rsh)下降，嚴(yán)重可導(dǎo)致失效。檢測方法：測絕緣電阻 2.過刻: 正面金屬柵線與P型硅接觸,造成短路。過刻 檢測方法：稱重及目測（四）、去磷硅玻璃 什么是磷硅玻璃？ 在擴散過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)使硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2， 稱之為磷硅玻璃。 磷硅玻璃的去除 氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸能與二氧化硅作用生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。 SiO+ 4HF SiF+2H2O 若氫氟酸過量，反應(yīng)生成的四氟化硅會進一步 與氫氟

8、酸反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸。SiO + 6HF H 2 SiF6 + 2H2 O去除磷硅玻璃的目的：1.磷硅玻璃的存在使得硅片在空氣中表面容易受潮，導(dǎo)致電流的降低和功率的衰減。2.死層的存在大大增加了發(fā)射區(qū)電子的復(fù)合，會導(dǎo)致少子壽命的降低，進而降低了短路電流 Voc和開路電壓Isc。3.磷硅玻璃的存在使得PECVD后產(chǎn)生色差。 （五）、PECVD PECVD =Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等離子增強型化學(xué)氣相沉積”，是一種化學(xué)氣相沉積。PECVD是借助微波使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活性很強，很

9、容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。 安全事項：使用和維護本設(shè)備時必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和安全規(guī)則，因為：本設(shè)備的工藝氣體為SiH4和NH3，二者均有毒，且SiH4易燃易爆。 本設(shè)備運行時會產(chǎn)生微波輻射，每次維護后和停機一段時間再開機前都要檢測微波是否泄漏。 等離子體:由于物質(zhì)分子熱運動加劇, 相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離,這樣物質(zhì)就會變成自由運動并由相互作用的正離子,電子和中性粒子組成的混合物。 PECVD的目的： 1.鍍減反射薄膜(SiN) 其具有卓越的抗氧化和絕緣性能,同時具有良好的阻擋鈉離子和掩蔽金屬離子和水蒸氣擴散的能力,它的化學(xué)穩(wěn)定性很好,除氫氟酸和熱磷酸能緩慢腐蝕外,其

10、它酸與它基本不起作用 2.表面鈍化作用，保護半導(dǎo)體器件表面不受污染物質(zhì)的影響,半導(dǎo)體表面鈍化可降低半導(dǎo)體表面態(tài)密度3.鈍化太陽電池的體內(nèi)，在SiN膜中存在大量的H,在燒結(jié)過程中會鈍化晶體內(nèi)部懸掛鍵。 （六）、絲網(wǎng)印刷與燒結(jié) 絲網(wǎng)印刷是通過刮條擠壓絲網(wǎng)彈性形變后將漿料漏印在需要印刷的材料上的一種印刷方式，這也是目前普遍采用的一種電池工藝。電池片絲網(wǎng)印刷的三步驟：1.背電極印刷及烘干， 漿料：Ag /Al漿，如Ferro 3398；2. 背電場印刷及烘干，漿料：Al漿， 如Analog pase-12；3. 正面電極印刷， 漿料：Ag漿，如Dupont PV147。 絲網(wǎng)印刷是把帶有圖像或圖案的模

11、版被附著在絲網(wǎng)上進行印刷的。通常絲網(wǎng)由尼龍、聚酯、絲綢或金屬網(wǎng)制作而成。當(dāng)承印物直接放在帶有模版的絲網(wǎng)下面時，絲網(wǎng)印刷油墨或涂料在刮刀的擠壓下穿過絲網(wǎng)中間的網(wǎng)孔，印刷到承印物上（刮刀有手動和自動兩種）。 絲網(wǎng)上的模版把一部分絲網(wǎng)小孔封住使得顏料不能穿過絲網(wǎng)，而只有圖像部分能穿過，因此在承印物上只有圖像部位有印跡。換言之，絲網(wǎng)印刷實際上是利用油墨滲透過印版進行印刷的， 燒結(jié)的目的：干燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機組分，使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。 燒結(jié)對電池片的影響：相對于鋁漿燒結(jié)，銀漿的燒結(jié)要重要很多，對電池片電性能影響主要表現(xiàn)在串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，即FF的變化。鋁漿燒結(jié)的目的使?jié){料中的有機溶劑完全揮發(fā)，并形成完好的鋁硅合金和鋁層。局部的受熱不均和散熱不均可能會導(dǎo)致起包，嚴(yán)重的會起鋁珠。背面場經(jīng)燒結(jié)后形成的鋁硅合金，鋁在硅中是作為P型摻雜，它可以減少金屬與硅交接處的少子復(fù)合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外47線的響應(yīng)。 安全事項 灼熱的表面有燙傷的危險；有害或刺激性粉塵、氣體導(dǎo)致人身傷害； 設(shè)備運轉(zhuǎn)時打開或移動固定件有卷入的危險。 測試的目的：根據(jù)不同的電性能分檔， 以便于組件的制造。 三、太陽能電池名詞解析光生伏特效應(yīng)：1.吸收光子